JP3420808B2 - 半導体圧力センサの製造方法 - Google Patents
半導体圧力センサの製造方法Info
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイアフラム等の起歪
部に半導体歪検出素子を設けたSOI構造の半導体圧力
センサの製造方法に関する。
部に半導体歪検出素子を設けたSOI構造の半導体圧力
センサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、流体の圧力を測定するために半
導体圧力センサが広く用いられている。これは、ダイア
フラムの変位量又は歪量を電気信号に変換して圧力を検
出するものである。
導体圧力センサが広く用いられている。これは、ダイア
フラムの変位量又は歪量を電気信号に変換して圧力を検
出するものである。
【0003】このような半導体圧力センサには、図4に
示すような拡散型圧力センサがあり、N型の単結晶シリ
コン基板1を異方性エッチング処理することにより起歪
部となるダイアフラム7を形成し、ダイアフラム7とな
る単結晶シリコン上面に不純物としてのボロンを拡散に
よってドープし、拡散抵抗層8を形成する。
示すような拡散型圧力センサがあり、N型の単結晶シリ
コン基板1を異方性エッチング処理することにより起歪
部となるダイアフラム7を形成し、ダイアフラム7とな
る単結晶シリコン上面に不純物としてのボロンを拡散に
よってドープし、拡散抵抗層8を形成する。
【0004】さらにシリコン基板1の上面にはシリコン
酸化膜2を形成するとともに、拡散抵抗層8上にはアル
ミ電極4を設けてP型のピエゾ抵抗素子を形成し、これ
を歪検出素子として用いた拡散型圧力センサを構成す
る。
酸化膜2を形成するとともに、拡散抵抗層8上にはアル
ミ電極4を設けてP型のピエゾ抵抗素子を形成し、これ
を歪検出素子として用いた拡散型圧力センサを構成す
る。
【0005】一般に、拡散型圧力センサでは、そのシリ
コン基板1とピエゾ抵抗素子との間をPN分離により電
気的に絶縁している。このため、絶縁の不良(接合の不
完全性)を検出するには、2対の電気的に分離されたピ
エゾ抵抗に電圧を印加し、極性を反転させその前後のリ
ーク電流を測定して検出するのが普通である。
コン基板1とピエゾ抵抗素子との間をPN分離により電
気的に絶縁している。このため、絶縁の不良(接合の不
完全性)を検出するには、2対の電気的に分離されたピ
エゾ抵抗に電圧を印加し、極性を反転させその前後のリ
ーク電流を測定して検出するのが普通である。
【0006】また、拡散型圧力センサの場合、その陽極
接合は図5に例示する如く行う。すなわち、シリコン基
板1のダイアフラム7の上面部に拡散抵抗層8を形成
し、さらにシリコン酸化膜2と歪検出素子のアルミ電極
4を設けたセンサチップを、ガラス台座10上に置く。
このガラス台座10は電極9の上に置かれたダミーウェ
ハ11上に置かれる。また、センサチップのアルミ電極
4上にはダミーウェハ11を置き、その上に電極9を置
く。これら上下の電極9,9の間には直流電圧源19に
よって電圧を印加するようにする。
接合は図5に例示する如く行う。すなわち、シリコン基
板1のダイアフラム7の上面部に拡散抵抗層8を形成
し、さらにシリコン酸化膜2と歪検出素子のアルミ電極
4を設けたセンサチップを、ガラス台座10上に置く。
このガラス台座10は電極9の上に置かれたダミーウェ
ハ11上に置かれる。また、センサチップのアルミ電極
4上にはダミーウェハ11を置き、その上に電極9を置
く。これら上下の電極9,9の間には直流電圧源19に
よって電圧を印加するようにする。
【0007】そして、300〜400℃の加熱状態でセ
ンサチップとガラス台座10との間に高電圧を印加し、
センサチップとガラス台座10を接合する。この陽極接
合時には、センサチップに印加される高電圧はピエゾ抵
抗素子のPN接合部に加えられる電圧がある値を越えた
とき急激に電流が増大する降伏現象によりシリコン基板
1に電圧が直接印加されることとなるため、センサチッ
プを破壊することなく行なわれる。
ンサチップとガラス台座10との間に高電圧を印加し、
センサチップとガラス台座10を接合する。この陽極接
合時には、センサチップに印加される高電圧はピエゾ抵
抗素子のPN接合部に加えられる電圧がある値を越えた
とき急激に電流が増大する降伏現象によりシリコン基板
1に電圧が直接印加されることとなるため、センサチッ
プを破壊することなく行なわれる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】一方、単結晶シリコン
基板の一方の面にエッチングによりダイアアラムを形成
し、他方の面に絶縁層となるシリコン酸化膜を形成し、
その上に形成した単結晶シリコン又は多結晶シリコン薄
膜のピエゾ抵抗素子から成るSOI構造の圧力センサで
は、その絶縁層の不良を検出しようとする場合、前述し
た従来の拡散型圧力センサの絶縁不良判定の検出手段を
用いた場合、シリコン基板とピエゾ抵抗素子の間は絶縁
膜により電気的に分離されているため、2対の電気的に
分離されたピエゾ抵抗素子部の絶縁層が共に不良の場合
しか、その不良を検出できず、絶縁層の不良の検出手段
としては不十分であるという問題があった。
基板の一方の面にエッチングによりダイアアラムを形成
し、他方の面に絶縁層となるシリコン酸化膜を形成し、
その上に形成した単結晶シリコン又は多結晶シリコン薄
膜のピエゾ抵抗素子から成るSOI構造の圧力センサで
は、その絶縁層の不良を検出しようとする場合、前述し
た従来の拡散型圧力センサの絶縁不良判定の検出手段を
用いた場合、シリコン基板とピエゾ抵抗素子の間は絶縁
膜により電気的に分離されているため、2対の電気的に
分離されたピエゾ抵抗素子部の絶縁層が共に不良の場合
しか、その不良を検出できず、絶縁層の不良の検出手段
としては不十分であるという問題があった。
【0009】また、SOI構造の圧力センサをガラス台
座に陽極接合しようとすると、その構造上、シリコン基
板とピエゾ抵抗素子との間が絶縁膜により電気的に分離
されているため、陽極接合時の高電圧が絶縁膜に印加さ
れひいては絶縁層を破壊し、センサチップの絶縁不良を
引き起こすことになるという問題があった。
座に陽極接合しようとすると、その構造上、シリコン基
板とピエゾ抵抗素子との間が絶縁膜により電気的に分離
されているため、陽極接合時の高電圧が絶縁膜に印加さ
れひいては絶縁層を破壊し、センサチップの絶縁不良を
引き起こすことになるという問題があった。
【0010】本発明は上述の点に鑑み、絶縁層の不良を
十分に検出でき、圧力センサをガラス台座に陽極接合す
る際、高電圧を印加しても絶縁層を破壊することがな
く、しかもノイズや静電気の影響を受けにくいSOI構
造の圧力センサの製造方法を新たに提供することを目的
とする。
十分に検出でき、圧力センサをガラス台座に陽極接合す
る際、高電圧を印加しても絶縁層を破壊することがな
く、しかもノイズや静電気の影響を受けにくいSOI構
造の圧力センサの製造方法を新たに提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン基板
(1)のダイアフラム(7)の上に絶縁層(2)を形成
し、絶縁層(2)の上に歪検出素子(3)を設け、歪検
出素子(3)の上に電極膜(4)を設け、シリコン基板
(1)の上に電極膜(6)を設けてなる圧力センサチッ
プ(18)に対し、その反歪検出素子側に台座(10)
を接触させ、圧力センサチップ(18)の前記歪検出素
子(3)上の電極膜(4)及び上記シリコン基板(1)
上の電極膜(6)に一方の電極(9)を接触させると共
に台座(10)に他方の電極(9)を接触させ、両電極
(9,9)間に電圧を印加してシリコン基板(1)と台
座(10)とを陽極接合する半導体圧力センサの製造方
法 を採用する。
(1)のダイアフラム(7)の上に絶縁層(2)を形成
し、絶縁層(2)の上に歪検出素子(3)を設け、歪検
出素子(3)の上に電極膜(4)を設け、シリコン基板
(1)の上に電極膜(6)を設けてなる圧力センサチッ
プ(18)に対し、その反歪検出素子側に台座(10)
を接触させ、圧力センサチップ(18)の前記歪検出素
子(3)上の電極膜(4)及び上記シリコン基板(1)
上の電極膜(6)に一方の電極(9)を接触させると共
に台座(10)に他方の電極(9)を接触させ、両電極
(9,9)間に電圧を印加してシリコン基板(1)と台
座(10)とを陽極接合する半導体圧力センサの製造方
法 を採用する。
【0012】また、請求項1に記載の半導体圧力センサ
の製造方法において、歪検出素子(3)上の電極膜
(4)及びシリコン基板(1)上の電極膜(6)にダミ
ーウェハ(11)を介して一方の電極(9)を接触させ
ると共に台座(10)に他のダミーウェハ(11)を介
して他方の電極(9)を接触させ、両電極(9,9)間
に電圧を印加してシリコン基板(1)と台座(10)と
を陽極接合する半導体圧力センサの製造方法を採用す
る。
の製造方法において、歪検出素子(3)上の電極膜
(4)及びシリコン基板(1)上の電極膜(6)にダミ
ーウェハ(11)を介して一方の電極(9)を接触させ
ると共に台座(10)に他のダミーウェハ(11)を介
して他方の電極(9)を接触させ、両電極(9,9)間
に電圧を印加してシリコン基板(1)と台座(10)と
を陽極接合する半導体圧力センサの製造方法を採用す
る。
【0013】
【作用】前述の第1構成の発明によれば、シリコン基板
に接続する電極と、各歪検出素子の電極との間の絶縁抵
抗を測定することにより歪検出素子の絶縁層の良否を検
出できる。さらに、圧力センサに台座を陽極接合する
際、シリコン基板には、これに接続する電極からほとん
どの電流が流れ、歪検出素子と絶縁層を介したシリコン
基板には電位差が生じないので、絶縁層の絶縁破壊が起
こらないという作用を奏する。
に接続する電極と、各歪検出素子の電極との間の絶縁抵
抗を測定することにより歪検出素子の絶縁層の良否を検
出できる。さらに、圧力センサに台座を陽極接合する
際、シリコン基板には、これに接続する電極からほとん
どの電流が流れ、歪検出素子と絶縁層を介したシリコン
基板には電位差が生じないので、絶縁層の絶縁破壊が起
こらないという作用を奏する。
【0014】前述の第2構成の発明によれば、ダミーウ
ェハを用いて両電極間に電圧を印加するのでシリコン基
板と台座とをより適正に陽極接合することができる。
ェハを用いて両電極間に電圧を印加するのでシリコン基
板と台座とをより適正に陽極接合することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の半導体圧力センサの製造方法
の一実施例を図1ないし図3によって説明する。なお、
この図1ないし図3において前述した図4及び図5に示
す従来例に対応する部分には同一符号を付すこととし、
その詳細な説明を省略する。
の一実施例を図1ないし図3によって説明する。なお、
この図1ないし図3において前述した図4及び図5に示
す従来例に対応する部分には同一符号を付すこととし、
その詳細な説明を省略する。
【0016】図1は本例の圧力センサチップ18を示す
縦断面図、図2はその陽極接合方法を示す縦断面概略説
明図、図3はその実装状態を示す縦断面図であり、本例
の圧力センサチップは以下の方法で製造する。
縦断面図、図2はその陽極接合方法を示す縦断面概略説
明図、図3はその実装状態を示す縦断面図であり、本例
の圧力センサチップは以下の方法で製造する。
【0017】シリコン酸化膜2はシリコンウェハを熱酸
化することによって形成する。ダイアフラム7はシリコ
ン酸化膜2と同様に形成したシリコン酸化膜を所定形状
にエッチング処理し、この後異方性エッチングにより凹
状に加工して得られる。
化することによって形成する。ダイアフラム7はシリコ
ン酸化膜2と同様に形成したシリコン酸化膜を所定形状
にエッチング処理し、この後異方性エッチングにより凹
状に加工して得られる。
【0018】歪検出素子3は多結晶シリコン膜を形成し
たのち多結晶シリコン膜の所定箇所をエッチング除去す
ることで得られる。保護層であるシリコン窒化膜5は歪
検出素子3を形成したのちの基板上にシリコン窒化膜を
全面形成し所定の箇所をエッチング除去することで得ら
れる。
たのち多結晶シリコン膜の所定箇所をエッチング除去す
ることで得られる。保護層であるシリコン窒化膜5は歪
検出素子3を形成したのちの基板上にシリコン窒化膜を
全面形成し所定の箇所をエッチング除去することで得ら
れる。
【0019】アルミ電極膜4及びアルミ電極膜6はシリ
コン窒化膜5上に形成されたアルミ膜の所定の箇所をエ
ッチング除去することで得られ、図1に示すようにアル
ミ電極膜4は歪検出素子3に、アルミ電極膜6はシリコ
ン基板1にそれぞれ接続される。
コン窒化膜5上に形成されたアルミ膜の所定の箇所をエ
ッチング除去することで得られ、図1に示すようにアル
ミ電極膜4は歪検出素子3に、アルミ電極膜6はシリコ
ン基板1にそれぞれ接続される。
【0020】またアルミ電極膜4と歪検出素子3及びア
ルミ電極膜6とシリコン基板1の電気的オーミックコン
タクトを得るため、350〜450℃で30〜120分
間熱処理を行なう。
ルミ電極膜6とシリコン基板1の電気的オーミックコン
タクトを得るため、350〜450℃で30〜120分
間熱処理を行なう。
【0021】以上によりシリコン基板1に接続された電
極を持ついわゆるSOI構造の圧力センサチップ18が
構成される。また、上述の如く構成した圧力センサチッ
プ18の陽極接合は、図2に示すように行なう。
極を持ついわゆるSOI構造の圧力センサチップ18が
構成される。また、上述の如く構成した圧力センサチッ
プ18の陽極接合は、図2に示すように行なう。
【0022】圧力センサチップ18をガラス台座10上
に置く。ガラス台座10は電極9の上に置かれたダミー
ウェハ11上に載置する。また圧力センサチップ18の
アルミ電極膜4及び電極膜6の上にはダミーウェハ11
を置き、その上に電極9を置く。
に置く。ガラス台座10は電極9の上に置かれたダミー
ウェハ11上に載置する。また圧力センサチップ18の
アルミ電極膜4及び電極膜6の上にはダミーウェハ11
を置き、その上に電極9を置く。
【0023】そして、圧力センサチップ18とガラス台
座10とを350〜450℃に加熱し、これら上下の電
極9,9の間に直流電圧源19により高電圧を印加して
圧力センサチップ18のシリコン基板1とガラス台座1
0とを接合する。
座10とを350〜450℃に加熱し、これら上下の電
極9,9の間に直流電圧源19により高電圧を印加して
圧力センサチップ18のシリコン基板1とガラス台座1
0とを接合する。
【0024】このような方法で陽極接合するとシリコン
基板に接続された低抵抗のアルミ電極膜6にほとんどの
電流が流れるので、歪検出素子3と絶縁層(シリコン酸
化膜2)を介したシリコン基板1には電位差が生じない
ので絶縁破壊を起こさないようにできる。
基板に接続された低抵抗のアルミ電極膜6にほとんどの
電流が流れるので、歪検出素子3と絶縁層(シリコン酸
化膜2)を介したシリコン基板1には電位差が生じない
ので絶縁破壊を起こさないようにできる。
【0025】また、本例の圧力センサを実際に用いる場
合には、図3に例示する如くセンサケース内に装着して
用いる。センサケースはステム12とキャン13とを気
密を保って一体に組み合わせて構成する。ステム12は
その中央部に大気に開放する開口12aを有する。図示
するように、圧力センサをそのガラス台座10の中央開
口部10aが開口12aに合致するようステム12上に
設置し、圧力センサのダイアフラム7の空間を大気に開
放するよう構成する。
合には、図3に例示する如くセンサケース内に装着して
用いる。センサケースはステム12とキャン13とを気
密を保って一体に組み合わせて構成する。ステム12は
その中央部に大気に開放する開口12aを有する。図示
するように、圧力センサをそのガラス台座10の中央開
口部10aが開口12aに合致するようステム12上に
設置し、圧力センサのダイアフラム7の空間を大気に開
放するよう構成する。
【0026】ステム12にはこれと一体で構成された端
子16とステム12とは絶縁用シールガラス15によっ
て電気的に絶縁された端子14が設けられている。圧力
センサチップ18のアルミ電極膜6は金線20によって
一方の端子16に接続され、端子16は接地される。
子16とステム12とは絶縁用シールガラス15によっ
て電気的に絶縁された端子14が設けられている。圧力
センサチップ18のアルミ電極膜6は金線20によって
一方の端子16に接続され、端子16は接地される。
【0027】圧力センサチップ18のアルミ電極膜4は
金線17によって他方の端子14に接続され、端子14
は計測回路の所定位置に接続される。ステム12上に配
置された圧力センサチップ18はキャン13に覆われる
ように収容される。
金線17によって他方の端子14に接続され、端子14
は計測回路の所定位置に接続される。ステム12上に配
置された圧力センサチップ18はキャン13に覆われる
ように収容される。
【0028】以上の構成によってステム12、キャン1
3は共に接地されるため、内部に配した圧力センサチッ
プ18はノイズや静電気に対して安定な状態に置かれ、
正確な圧力測定が可能となる。
3は共に接地されるため、内部に配した圧力センサチッ
プ18はノイズや静電気に対して安定な状態に置かれ、
正確な圧力測定が可能となる。
【0029】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の半導体圧力
センサの製造方法によれば、圧力センサチップにおける
歪検出素子上の電極膜及びシリコン基板上の電極膜の双
方に電極を接触させ、この電極を用いて陽極接合のため
の電圧印加を行うようにしたので、歪検出素子と絶縁層
を介したシリコン基板には電位差が生じなくなり、従っ
て絶縁層の絶縁破壊を起こすことなく陽極接合を行うこ
とができるという効果がある。さらに、シリコン基板上
の電極膜と歪検出素子上の電極膜との間の絶縁抵抗を測
定することができ、従ってシリコン基板上に設けた絶縁
層の良、不良を容易に検出することができるという効果
がある。
センサの製造方法によれば、圧力センサチップにおける
歪検出素子上の電極膜及びシリコン基板上の電極膜の双
方に電極を接触させ、この電極を用いて陽極接合のため
の電圧印加を行うようにしたので、歪検出素子と絶縁層
を介したシリコン基板には電位差が生じなくなり、従っ
て絶縁層の絶縁破壊を起こすことなく陽極接合を行うこ
とができるという効果がある。さらに、シリコン基板上
の電極膜と歪検出素子上の電極膜との間の絶縁抵抗を測
定することができ、従ってシリコン基板上に設けた絶縁
層の良、不良を容易に検出することができるという効果
がある。
【0030】また、本発明において、ダミーウェハを用
いて両電極間に電圧を印加すれば、シリコン基板と台座
とをより適正に陽極接合することができるという効果が
ある。
いて両電極間に電圧を印加すれば、シリコン基板と台座
とをより適正に陽極接合することができるという効果が
ある。
【図1】本発明の半導体圧力センサの製造方法で用いら
れるセンサチップの一実施例を示す縦断面図である。
れるセンサチップの一実施例を示す縦断面図である。
【図2】上記実施例の陽極接合手段を示す縦断面説明図
である。
である。
【図3】上記実施例の圧力センサの使用時の状態を例示
する縦断面図である。
する縦断面図である。
【図4】従来の拡散型圧力センサチップを例示する縦断
面図である。
面図である。
【図5】上記従来例の陽極接合手段を示す縦断面説明図
である。
である。
1…シリコン基板
2…シリコン酸化膜
3…歪検出素子
4…歪検出素子のアルミ電極膜
5…シリコン窒化膜
6…シリコン基板のアルミ電極膜
7…ダイアフラム
8…拡散抵抗層
9…電極
10…ガラス台座
11…ダミーウェハ
12…ステム(センサケース)
13…キャン(センサケース)
14…端子(センサ入出力信号用)
15…ガラスシール(絶縁用)
16…端子(接地用)
17…金線
18…圧力センサチップ
19…直流電圧源
20…金線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 大泉 誠
東京都大田区東馬込1−30−4 株式会
社長野計器製作所内
(56)参考文献 特開 平4−162779(JP,A)
実開 昭58−92746(JP,U)
実開 昭61−66958(JP,U)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 29/84
G01L 1/22
G01L 9/04
Claims (2)
- 【請求項1】 シリコン基板(1)のダイアフラム
(7)の上に絶縁層(2)を形成し、絶縁層(2)の上
に歪検出素子(3)を設け、歪検出素子(3)の上に電
極膜(4)を設け、シリコン基板(1)の上に電極膜
(6)を設けてなる圧力センサチップ(18)に対し、
その反歪検出素子側に台座(10)を接触させ、圧力セ
ンサチップ(18)の前記歪検出素子(3)上の電極膜
(4)及び上記シリコン基板(1)上の電極膜(6)に
一方の電極(9)を接触させると共に台座(10)に他
方の電極(9)を接触させ、両電極(9,9)間に電圧
を印加してシリコン基板(1)と台座(10)とを陽極
接合することを特徴とする半導体圧力センサの製造方
法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の半導体圧力センサの製
造方法において、歪検出素子(3)上の電極膜(4)及
びシリコン基板(1)上の電極膜(6)にダミーウェハ
(11)を介して一方の電極(9)を接触させると共に
台座(10)に他のダミーウェハ(11)を介して他方
の電極(9)を接触させ、両電極(9,9)間に電圧を
印加してシリコン基板(1)と台座(10)とを陽極接
合することを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31144993A JP3420808B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31144993A JP3420808B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 半導体圧力センサの製造方法 |
Publications (2)
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